输气管道的水力计算
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低压燃气管道水力计算公式
低压燃气管道水力计算公式-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1燃气管道输送水力计算一、适用公式燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。
但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。
整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。
二、低压燃气管道水力计算公式：1、层流状态 R e≤2100λ＝64/R e R e＝dv/γΔP/L＝×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）2、临界状态 R e＝2100~3500λ＝＋（R e－2100）/（65 R e－1×105）ΔP/L＝×106［1＋（ Q0－7×104dγ）/（－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）3、紊流状态 R e≥35001）钢管λ＝［（Δ/d）＋（68/ R e）］ΔP/L＝×106［（Δ/d）＋（dγ/ Q0）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）2）铸铁管λ＝［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］ΔP/L＝×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa） L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数 Q0——燃气流量（Nm3/h）d——管道内径（mm）ρ0——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和时的燃气运动粘度（m2/s）Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm） R e——雷诺数T——燃气绝对温度（K） T0——273Kv——管内燃气流动的平均速度（m/s）（摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）二、燃气的输配工况条件起点压力——10KPa 最大流速——10m/s燃气密度——Nm3（20℃和浓度20%时）纯轻烃燃气运动粘度——×10－6m2/s（0℃和时）燃气运动粘度——×10－6m2/s（0℃和时）三、钢管阻力降的计算与查表结果注：1、——*因计算数据与实际数据误差过大，已无计算、列表的必要。
第九章 输气管道的水力计算
ZRT 16 MZRT S ZRT dP dx g dx 2 4 ，得 P 2D D P L P 16M 2 ZRT S P dx dP g 2 2 D 5 P L ZRT
2
令
2g a ZRT
16 ZRT b 2 D5
M
Q Z
4
ZRTL
工程上习惯于运用标准状态下的体积流量作为计量 单位，因此把质量流量换算成体积流量。
Q M / 0
0 P0 / Z 0 RT0
标标准状态下Z0=1，所以 0 P0 / RT0
4
第九章 输气管道的水力计算
为了方便计算，把天然气的气体常数换算成空气的 气体常数Ra
dx
得：
bM 2 aS dP 2 P 2 L P dx
令：
aS 2 bM 2 P dP S 2 LP a L
PdP aS dx 2L bM 2 P2 S a L
bM 2 E S a L
5
第九章 输气管道的水力计算
9.2地形起伏地区输气管道的基本公式 9.9.1终点与起点高差的影响 如图所示的坡度均匀向上的输 气管道，对dx微元段写运动方程： 由连续性方程有： dP dx v 2 S 将状态方程和上述两式代入，得 gdS dS dx
D 2
L
v M / A
0.5
公式分析： ( PQ2 PZ2 ) D 5 QC 1）对比平坦地区输气管道 ZTL 由于密度的变化，克服上坡段的能量损失不能在下 坡段气体所获得的位能所补偿。 2）对比输油管道的管路特性方程 输油管道只考虑起点终点高程差。
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2
令
2g a ZRT
16 ZRT b 2 D5
M
Q Z
4
ZRTL
工程上习惯于运用标准状态下的体积流量作为计量 单位，因此把质量流量换算成体积流量。
Q M / 0
0 P0 / Z 0 RT0
标标准状态下Z0=1，所以 0 P0 / RT0
4
第九章 输气管道的水力计算
为了方便计算，把天然气的气体常数换算成空气的 气体常数Ra
dx
得：
bM 2 aS dP 2 P 2 L P dx
令：
aS 2 bM 2 P dP S 2 LP a L
PdP aS dx 2L bM 2 P2 S a L
bM 2 E S a L
5
第九章 输气管道的水力计算
9.2地形起伏地区输气管道的基本公式 9.9.1终点与起点高差的影响 如图所示的坡度均匀向上的输 气管道，对dx微元段写运动方程： 由连续性方程有： dP dx v 2 S 将状态方程和上述两式代入，得 gdS dS dx
D 2
L
v M / A
0.5
公式分析： ( PQ2 PZ2 ) D 5 QC 1）对比平坦地区输气管道 ZTL 由于密度的变化，克服上坡段的能量损失不能在下 坡段气体所获得的位能所补偿。 2）对比输油管道的管路特性方程 输油管道只考虑起点终点高程差。
13
第四章 输气管的水力计算
5
3. 水力摩阻系数沿管长不变 λ ＝f（Re,ε ）在大型输气管中，气体流 态主要处于阻力平方区或混合摩擦区，稳 定流动时全线Re变化不大，故λ 完全或主 要取决于ε 。 λ ＝const是符合输气管实际情况的。
6
稳定流动运动方程：
dp dw ds w2 w g 0 dx dx dx D 2
大的影响大于降低终点压力的影响。
35
五、终点压力对输气量的影响
pZ＝ pQ
2 2
δ：0→1
2
pQ pZ C Q
C Q p Q
2 1
2
2
pQ Qmax C
Q 2 1 Qmax
36
1 pZ＝ pQ 2
天然气特性常数不好求，用空气特性常数
Ra和天然气相对密度取代。
15
Q C0
4
( p p )D
2 Q 2 Z
5
Z TL
Ra T0 p0
(4-9)
C0
293 2 1/2 -1 287.1 0.03848 m .s.K .kg 4 1.01325 105
16
表4-1C0值
第四章 输气管的水力计算
王武昌
储运与建筑工程学院
1
目录
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
第八节
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管的流量基本公式 地形起伏地区输气管的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用的输气管流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力 等流量复杂管计算 环状集气管网的计算
我国法定单位
低压燃气管道水力计算公式
燃气管道输送水力计算一、适用公式燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。
但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。
整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。
二、低压燃气管道水力计算公式：1、层流状态 Re≤2100λ＝64/Re Re＝dv/γΔP/L＝1.13×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）2、临界状态 Re＝2100~3500λ＝0.03＋（Re －2100）/（65 Re－1×105）ΔP/L＝1.88×106［1＋（11.8 Q0－7×104dγ）/（23.0Q－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ（T/T）3、紊流状态 Re≥35001）钢管λ＝0.11［（Δ/d）＋（68/ Re）］0.25ΔP/L＝6.89×106［（Δ/d）＋192.26（dγ/ Q0）］0.25（Q2/d5）ρ（T/T）2）铸铁管λ＝0.102［（1/d）＋4960（dγ/ Q）］0.284ΔP/L＝6.39×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa） L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数 Q——燃气流量（Nm3/h）d——管道内径（mm）ρ——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和101.325kPa时的燃气运动粘度（m2/s）Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm） Re——雷诺数T——燃气绝对温度（K） T——273Kv——管内燃气流动的平均速度（m/s）（摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）二、燃气的输配工况条件起点压力——10KPa 最大流速——10m/s燃气密度——1.658kg/Nm3（20℃和浓度20%时）纯轻烃燃气运动粘度——1.92×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）燃气运动粘度——11.1×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）三、钢管阻力降的计算与查表结果注：1、——*因计算数据与实际数据误差过大，已无计算、列表的必要。
输气管道水力等计算公式(输气管道设计与管理)
潘汉德 注：该式适用于管径从168.3mm到610mm，雷诺数范围从 尔A式 14×106的天然气管道 潘汉德 注：该式适用于管径大于610mm的天然气管道 尔B式
λ= 0.008159
m /s 0.0000109 (Ns)/m2 0.44 16 m m3/s
2
三个公式可任选一个,其中二式用 三式用的是体积流量）
第一边界雷诺数 Re1= 第二边界雷诺数 Re2=
2174.974 3210493
前苏联取k=0.03mm，我国常取
输量不大、净化程度较差
雷诺数范围从5×10 到
6
的天然气管道
管壁的当量粗糙度
k=
0.00005 m
水力摩阻系数λ 水力摩阻系数λ的计算
1、光滑区 2、混合摩擦区 λ= 0.009146 λ= 0.012997 或 0.011836166
λ= 0.012368
威莫斯 注：此公式取k=0.mm，适用于管径小、输量不大 的矿区集气管网 公式
3、阻力平方区
λ= 0.009436
雷诺数
Re=
0
0
33307000﹤Re﹤Re1 Re﹥3000 流态为紊流 Re1﹤Re﹤Re2 Re﹥Re2 流态判断 光滑区 混合摩擦区 阻力平方区 阻力平方区 注：目前美国取k=0.02mm， 0.05mm 第一边界雷诺数 第二边界雷诺数
计算雷诺数
气体流速 气体密度 气体相对密度 v= ρ= △= 0.65 1.206 kg/m3 kg/s （含推导过程，三个公式可任选一个 的是质量流量，三式用的是体积流量 m/s kg/m3 气体运动粘度 气体动力粘度 管道内径 ν= = D=
空气密度（标况） ρa= 输气管道质量流量 M=
输气管道流量（标况） Q=
输气管第四章输气管的水力计算
输气管第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定输气管道的流动特性、确定管道尺寸以及检验管道的设计是否合理。
下面将从流速、流量、摩擦损失和水头损失等方面进行详细介绍。
首先，我们需要确定输气管道的设计流速。
设计流速主要取决于输气管内气体的流动性质和管道周围环境的要求。
一般来说，设计流速不宜过高，以避免管道磨损、能耗增加和安全隐患。
在确定设计流速时，需要考虑输气管道的用途、输送气体的特性以及管道运行条件等因素，常见的设计流速范围为20-40m/s。
其次，根据设计流速和管道尺寸，我们可以计算出设计流量。
设计流量是指单位时间内通过管道的气体体积。
通常采用流量计来直接测量，但在没有流量计的情况下，可以根据公式Q=V×A计算，其中Q为流量，V 为流速，A为流道截面积。
接下来，我们需要计算输气管道的摩擦损失。
摩擦损失是指气体由于与管壁之间的摩擦力而损失的能量。
摩擦损失随着管道长度增加而增大，并且与气体流速、管道直径和壁面粗糙度等因素有关。
常用的计算摩擦损失的方法有达西方程和柯西方程。
使用这些方程可以计算得到管道单位长度的摩擦损失，然后乘以管道长度，即可得到总的摩擦损失。
最后，我们需要计算输气管道的水头损失。
水头损失是指流体由于通过管道和附件等部位而损失的动能。
水头损失分为局部损失和分布损失两部分。
局部损失是指由于管道的突变或附属装置如弯头、阀门等引起的附加阻力。
分布损失是指由于摩擦、扩散和转化等引起的管道本体的阻力。
在进行水头损失的计算时，可以使用马克斯韦方程、伯努利方程以及能量守恒等原理，结合管道的几何形状和流动特性进行计算。
综上所述，输气管道的水力计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素来确定管道的流动特性和尺寸。
通过合理的流速选择、流量计算以及摩擦损失和水头损失的计算，可以确保输气管道的安全运行和经济性。
第四章输气管的水力计算
第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定管道中气体流动时产生的压力损失和流速等水力参数，从而有效地设计输气系统。
本文将从输气管的水力原理、水力计算公式以及实际应用中的注意事项等方面进行详细探讨。
一、水力原理输气管的水力原理主要依据流体的连续性方程、能量方程和阻力方程。
其中连续性方程描述了输气管中气体流动的连续性，能量方程用于计算气体在管道中的能量变化，而阻力方程则是根据经验公式，计算气体流动产生的摩阻力。
二、水力计算公式1.压力损失计算公式：压力损失（ΔP）=λ×L/D×(ρv^2/2)其中，λ为摩阻系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为气体密度，v为气体流速。
2.流速计算公式：流速（v）=Q/（πD^2/4）其中，Q为气体流量，D为管道直径。
3.管径计算公式：D=0.613×（Q/P）^(1/2)其中，Q为气体流量，P为设计压力。
三、实际应用注意事项1.摩阻系数的选择：摩阻系数的选择会直接影响到压力损失的计算结果，需要根据具体情况进行合理的选择，可以参考相关经验数据或者进行实验研究。
2.流量和压力的测量：水力计算需要准确的流量和压力数据，因此在实际应用中需要使用合适的流量计和压力计进行测量。
同时，还需要考虑测量误差的影响，并进行相应的修正。
3.管道布置和管径设计：在输气管的水力计算中，需要合理布置管道和选择合适的管径，以便满足系统的流量和压力要求，并减小压力损失。
在实际应用中应进行综合考虑，根据具体情况进行设计优化。
4.防止压力过高：在输气管的水力计算中，需要考虑到气体在流动过程中的压力变化，防止压力过高对设备和管道造成损坏。
因此，在设计过程中需要合理选择设计参数，进行安全性评估。
总结：输气管的水力计算是设计输气系统中重要的一环，通过合理的水力计算可以确保输气管道的正常运行。
对于水力计算公式的使用和实际应用中的注意事项，设计人员需要充分理解，并综合考虑实际情况，确保设计的合理性和安全性。
城市燃气输配燃气管网水力计算(1)
城市燃气输配燃气管网水力计算(1)一、城市燃气输配燃气管网的水力计算概述城市燃气输配燃气管网的水力计算是指计算城市燃气管网中燃气流经管线时的燃气压力、流速等参数的过程。
燃气的输送过程中需要维持一定的压力和流量，以保证用户的正常用气需求。
城市燃气管网的水力计算是燃气输配领域的重要技术之一，对规划设计、施工和运营维护都有着重要意义。
在计算过程中，需要考虑多个因素和参数，如管道长度、管径、燃气密度和温度、燃气流量和压力等，综合分析并进行水力优化，才能保证燃气管网的稳定、高效运行。
二、城市燃气输配燃气管网的水力计算方法1.基本原理城市燃气管网的水力计算基于燃气流动的流体动力学基本原理，主要包括能量守恒方程、连续性方程和状态方程等。
其中，能量守恒方程主要用于计算管道中燃气压力的变化；连续性方程用于计算燃气的流量；状态方程用于计算燃气的密度和温度等参数。
2.计算方法城市燃气管网的水力计算可以采用多种方法和软件进行，如相似理论方法、管道特性法和CFD数值模拟等。
其中，相似理论方法和管道特性法是比较常用的计算方法。
相似理论方法是通过建立模型来模拟实际的管网系统，在实验条件下进行流场等参数的测量和分析，得出管网水力特性，以此来推导出实际管道的水力性能。
管道特性法是通过分析管道的特性方程和各个管道之间的相互关系，计算出燃气流经管道时的燃气流量、压力等参数。
3.优化方法城市燃气管网的水力计算还需要进行优化，以求得最优的燃气输送方案。
优化方法主要包括管道线路规划、管道直径选取、阀门设置等方面的优化。
在管道线路规划方面，需要考虑管道的布局和长度，以缩短输送距离和减少压力损失。
在管道直径选取方面，需要综合考虑输送流量、压力损失和管道的制造和安装成本等因素，以确定最适合的管径。
在阀门设置方面，需要根据不同用户的用气需求和管道的分布情况，合理设置阀门，调节管道压力和流量，在确保正常用气的前提下尽可能减小能耗和损失。
三、城市燃气输配燃气管网的水力计算应用城市燃气输配燃气管网的水力计算是燃气输配领域的关键技术之一，广泛应用于城市燃气管网的规划设计、施工和运营维护中。
第五章输气管道水力计算
第五章输气管道水力计算输气管道是将天然气从生产地运输到用户的重要通道，而输气管道水力计算是为了保证管道的安全运行和正常供气提供依据。
本章主要介绍输气管道水力计算的基本原理、方法和步骤。
一、输气管道水力计算的基本原理输气管道水力计算是根据沿程压力损失的原理，通过确定气体流量、管道尺寸和气体特性等参数，计算管道内气体的流量、速度、压力和泄漏等水力特性，以便确定管道的设计参数。
1.流量计算原理天然气输送的基本单位是标准立方米（Sm3），常用单位是立方米每小时（m3/h）。
流量计算的原理是根据其中一段管道中气体的压力、温度和流量，使用状态方程和流量公式计算出标准流量。
2.流速计算原理天然气在管道内的流速主要由管道尺寸和气体特性决定。
流速计算的原理是根据流量和管道截面积计算出流速，从而判断管道内气体的流动状态。
3.压力计算原理压力损失是指气体在输送过程中由于摩擦、弯头、阀门等引起的压力降低。
压力计算的原理是根据管道段内的阻力系数、流速和管道长度计算出压力损失，并根据起始压力和压力损失计算出终点压力。
4.泄漏计算原理泄漏是指管道系统中气体的无控制泄漏现象，会引起压力降低和能量损失。
泄漏计算的原理是根据管道的压力和泄漏速度计算泄漏量，并通过合理的泄漏措施来保证安全。
二、输气管道水力计算的方法和步骤输气管道水力计算通常包括以下几个步骤：1.确定设计参数根据天然气供应需求和管道的使用要求，确定气体流量、压力、温度和管道材质等设计参数，作为计算的基础。
2.确定管道特性确定管道截面形状、尺寸和摩阻系数等特性参数，以便计算流量、流速、压力和压力损失等水力特性。
3.流量计算使用状态方程和流量公式计算管道中的标准流量，以便确定管道内气体的流动状态。
4.流速计算根据管道截面积和流量计算出流速，并根据流速范围判断管道的液态或气态流动状态。
5.压力计算根据管道段的阻力系数、流速和长度等参数计算压力损失，并根据起始压力和压力损失计算出终点压力。
城市燃气输配_燃气管网水力计算
（c）根据每个街区的燃气计算流量和燃气管道的长度，计
算管道单位长度向该街区供应的途泄流量。
q Q1 L
qA
L12
L23
QA L34 L45
L56
L61
qB
QB L12 L211
qC
L211
QC L23
L37
B C
A
F
D
E
（d）求管段的途泄流量
①管段的途泄流量等于单位长度途泄流量乘以该管段的长 度。 ②若管段是两个小区的公共管道，需同时向两侧供气时， 其途泄流量应为两侧的单位长度途泄流量之和乘以管长。
0.81
Q02 d5
0
T T0
Z Z0
L
若采用习惯的常用单位，并考虑城市燃气管道的压力一般在 4.0Mpa以下，故可以取Z=Z0=1，则高、中压及低压燃气 管道的计算公式，又可分别表示为：
高、中压燃气管道：
P12
P22 L
1.27 1010 Q02
d5
0
T T0
低压燃气管道：
P1
P2 L
3.计算步骤
对如图所示 的小区，计 算步骤如下 ：
B C
A
F
D
E
管段途泄流量的计算过程
B C
A
（a）在供气范围内，按不同的居
F
D
E
民人口密度或道路和建筑物的布局划分街区A、B～F。
（b）分别计算各个街区居民用气量及小型公共建筑年用气 量、小时计算流量，并按照用气量的分布情况布置配气管 道1-2、2-3……
对于管段AB，途泄流量 为Q1，转输流量为Q2 管道起点A处，流量为 转输流量与途泄流量之 和； 管道终点B处，流量仅 为Q2。
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Q2 = 2 2.5 Q1 = 5.66Q1
流量是原来的5.66倍。由此可见，加大直径是增加 输气管流量的好办法。也是输气管向大口径发展的主要 原因。
输气管基本参数对流量的影响
◆ 长度对流量的影响
Q1 L2 0..5 =( ) Q2 L1 即输气量与长度的0.5次方成反比，即输气量与长度 的0.5次方成反比。若站间距缩小一半，例如在两个压气 L 站之间增设一个压气站, 2 = 1 2 L1 ，则流量
−0.1461
潘汉德尔公式（A）：
(水力光滑区）
λ=
4 (6.872Re
0.07305 2
)
潘汉德尔公式（B）:
(水力粗糙区）
λ=
4 (16.49 Re
0.01961 2
)
= 0.0147 Re
− 0.0392
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
前苏联近年来使用的公式：
λ = 0.009588 D −0.2
8
R e1 Re2
2K e 7 = 59 .7 /( ) D 2 K e 1..5 = 11 /( ) D
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
层流： Re ≦ 2000 过渡区：2000 ＜ Re ＜ 4000 紊流区 水力光滑区：4000≦Re ≦ Re1 混合摩擦区: Re1 ＜Re ≦ Re2 水力粗糙区： Re ＞ Re2
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
表面状态 新钢管 室外暴露6个月 12个月 清管器清扫 喷砂 内壁涂层 绝对粗糙度,mm 0.013～0.019 0.025～0.032 0.038 0.008～0.013 0.005～0.008 0.005～0.008
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
管道的当量粗糙度考虑了管道形状损失的影响，一 般比绝对粗糙度大2～11％ 。 从上面的数据可以看出，输气管加上了内壁涂层， 不但减少了内腐蚀，更主要的是使粗糙度下降了很多， 在同样的条件下使输气管输气量增加5～8％，有的甚至 达10％。内壁涂层的费用一般只占钢管费用的2～3％ ， 只要输气量能提高1％，就能很快地收回其投资。
终点压力减少，压力平方差为
2 PQ2 − (PZ − δ P ) = PQ2 + 2 PZ δ P − δ P − PZ2 2
输气管基本参数对流量的影响
两式右端相减，得：
2 2δ p (PQ − PZ ) + 2δ P > 0
上式说明，改变相同的 δ P时，提高起点压力对流量增 大的影响大于降低终点压力的影响。提高起点压力比降低 终点有利。
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
1、雷诺数Re计算及流态的划分
Re= wD Q D 4Q = ⋅ = v F v πDv
v = u ρ, ρ = ∆* ρ0
Re=
4∆ * ρ 0 Q
πDu
ρ 0 = 1.206kg / m3
Q∆ * R e == 1.536 Du
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
1、雷诺数Re计算及流态的划分
输气管道的水力计算
第4章 输气管道的水力计算
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管道的流量基本公式 地形起伏地区输气管道的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力
稳定流动气体管流的基本方程
dx w 2 dw 2 − d p = ρλ ⋅ + ρgds + ρ D 2 2
输气管基本参数对流量的影响
压力平方差还可写为：
PQ2 − PZ2 = (PQ + PZ )(PQ − PZ ) = (PQ + P Z )∆P
该式说明，如果压力差不变，同时提高起、终压力，也 能增大输气量，此处更进一步说明高压输气比低压输气有利。 因为高压下，气体的密度大，流速低，摩阻损失就小。
第4章 输气管道的水力计算
，
2 2 ( pQ − p Z ) D 5
λZ∆ *TL
C0 =
π
4
⋅
Ra T0 p0
上述公式中常数的数值随各参数所用的单位而定。如果 公式中所有的参数均采用法定单位:
,
T0 = 293K
π
P0 = 101325Pa
m2 Ra = 287.1
2 1
(s • K )
293 C0 = ⋅ 4 1.01325 × 10 5
2 上二式说明输气管道的压力平方p x 和 x 的关系为一直线， 压力 与 Px 的关系为一抛物线。 x
输气管的压力分布和平均压力
输气管的压力分布和平均压力
从上图可以看出，靠近起点压力降落比较慢，距起点越 远，压力降落越快，坡度越陡。在前3/4的管段上，压力损 失约占一半，另一半消耗在后面的1/4管段上，因为随着压 力下降，流速增大，单位长度的摩阻损失也增加。这也说明 高压输气节省能量，经济性好。
前苏联近年使用的公式
2 K e 158 0..2 λ = 0.067( + ) D Re
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
4、输气干线常用的阻力系数 由于输气管几乎都在阻力平方区。各国提出了一些 干线输气管摩阻系数的专用公式： 威莫斯（Weymouth）公式： 0.009407
λ=
3
D
= 0.0847 Re
输气管基本参数对流量的影响
◆ 直径对流量的影响
Q1 = C 0 [
2 2 ( p Q − p Z ) D1 5
Z ∆ * TL
2 2 ( pQ − pZ )D 2
] 0 .5
5
Q2 = C 0[
Z ∆ * TL
] 0 .5
Q1 D1 2..5 =( ) Q2 D2
输气管基本参数对流量的影响
若直径增加一倍， D2 = 2D1 则
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
a Z ∑(si +si−1)li 2L i=1
考虑线路中间各点相对高程对输气能力的影响,也就 是线路纵断面特征对输气能力的影响。因为
1 Z ∑ (si + si −1 )li = F 2 i =1
乃是线路纵断面线与从起点开始所画的水平线之间所 包含面积的代数和。
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
E为输气管输气效率系数。E表示输气管输气能力的变 化：
Qs λL E= = QL λs
设计时在计算公式中加上E值，是为了保证输气管投产 一段时间后，仍然达到设计能力。设计时，美国一般取 E=0.9～0.95。
第4章 输气管道的水力计算
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管道的流量基本公式 地形起伏地区输气管道的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
纵断面线高于水平线的地方，面积取正值，低于水平 线的面积取负值。由公式可以看出，当其它条件相同时， 面积的代数和F比较小的输气管，有较大的输气能力。输气 管1-2-3-4的输气能力小于长度一样、管径一样的输气管1 －5，这不仅是由于s4﹥s5 ，而且是由于F1-5=0，而 F1-2-34﹥0的缘故。
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
常用的输气管流量公式 威莫斯公式： Q = C w D 3 8 (
2 2 pQ − p Z
Z∆ Z∆ *TL
) 0.5
潘汉德尔B式： Q = C p ED 2..53 (
2 2 pQ − p Z
Z∆ *
0.961
TL
) 0..51 ) 0..5
前苏联近期公式： = C aϕED 2..6 ( Q s
287.1 = 0.03848m .s.K 2 .kg −1
第4章 输气管道的水力计算
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管道的流量基本公式 地形起伏地区输气管道的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
Q2 = ( 273 + 50 0.5 ) Q1 = 1.59Q1 273 − 70
输气管基本参数对流量的影响
◆ 起、终点压力对流量的影响 输气量与起、始压力的平方差的0.5次方成正比,改变 起、终点压力都能影响流量，但效果是不同的。 起点压力增加，压力平方差为
(P
Q
2 + δ P ) − PZ2 = PQ2 + 2 PQ δ P + δ P − PZ2 2
Q = C0
，
2 2 [ pQ − p Z (1 + as Z )]D 5
a Z λZ∆ *TL[1 + ∑ (s i + si −1 )li ] 2 L i −1
2 2 ( pQ − p Z ) D 5
,
Q = C0
λZ∆ *TL
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
as Z
是输气管终点与起点高差对输气管输送能力的影响.终 点比起点位置越高(相对高程越大),则输气能力越低,反之 亦然。
(阻力平方区）
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
一般干线输气管线都在水力粗糙区（阻力平方区）， 不满负荷时在混合摩擦区。城市及居民区的配气管道多 在水力光滑区。
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
2、管壁粗糙度 输气管的管壁粗糙度一般比输油管小。对于新管， 美国一般取当量粗糙度＝0.02mm，前苏联平均取0.03mm， 我国通常取0.05mm 。美国气体协会测定了输气管在各种 状况下的绝对粗糙度，其平均值如下:
输气管的压力分布和平均压力
2、平均压力 输气管停止输气时，管内压力并不象输油管那样立刻消 失。而是高压段的气体逐渐流向低压端，起点压力逐渐下降， 终点压力逐渐上升，最后全线达到某一压力值，即平均压力。 这就是输气管的压力平衡现象。根据管内平衡前后质量守恒 可得平均压力：
流量是原来的5.66倍。由此可见，加大直径是增加 输气管流量的好办法。也是输气管向大口径发展的主要 原因。
输气管基本参数对流量的影响
◆ 长度对流量的影响
Q1 L2 0..5 =( ) Q2 L1 即输气量与长度的0.5次方成反比，即输气量与长度 的0.5次方成反比。若站间距缩小一半，例如在两个压气 L 站之间增设一个压气站, 2 = 1 2 L1 ，则流量
−0.1461
潘汉德尔公式（A）：
(水力光滑区）
λ=
4 (6.872Re
0.07305 2
)
潘汉德尔公式（B）:
(水力粗糙区）
λ=
4 (16.49 Re
0.01961 2
)
= 0.0147 Re
− 0.0392
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
前苏联近年来使用的公式：
λ = 0.009588 D −0.2
8
R e1 Re2
2K e 7 = 59 .7 /( ) D 2 K e 1..5 = 11 /( ) D
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
层流： Re ≦ 2000 过渡区：2000 ＜ Re ＜ 4000 紊流区 水力光滑区：4000≦Re ≦ Re1 混合摩擦区: Re1 ＜Re ≦ Re2 水力粗糙区： Re ＞ Re2
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
表面状态 新钢管 室外暴露6个月 12个月 清管器清扫 喷砂 内壁涂层 绝对粗糙度,mm 0.013～0.019 0.025～0.032 0.038 0.008～0.013 0.005～0.008 0.005～0.008
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
管道的当量粗糙度考虑了管道形状损失的影响，一 般比绝对粗糙度大2～11％ 。 从上面的数据可以看出，输气管加上了内壁涂层， 不但减少了内腐蚀，更主要的是使粗糙度下降了很多， 在同样的条件下使输气管输气量增加5～8％，有的甚至 达10％。内壁涂层的费用一般只占钢管费用的2～3％ ， 只要输气量能提高1％，就能很快地收回其投资。
终点压力减少，压力平方差为
2 PQ2 − (PZ − δ P ) = PQ2 + 2 PZ δ P − δ P − PZ2 2
输气管基本参数对流量的影响
两式右端相减，得：
2 2δ p (PQ − PZ ) + 2δ P > 0
上式说明，改变相同的 δ P时，提高起点压力对流量增 大的影响大于降低终点压力的影响。提高起点压力比降低 终点有利。
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
1、雷诺数Re计算及流态的划分
Re= wD Q D 4Q = ⋅ = v F v πDv
v = u ρ, ρ = ∆* ρ0
Re=
4∆ * ρ 0 Q
πDu
ρ 0 = 1.206kg / m3
Q∆ * R e == 1.536 Du
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
1、雷诺数Re计算及流态的划分
输气管道的水力计算
第4章 输气管道的水力计算
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管道的流量基本公式 地形起伏地区输气管道的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力
稳定流动气体管流的基本方程
dx w 2 dw 2 − d p = ρλ ⋅ + ρgds + ρ D 2 2
输气管基本参数对流量的影响
压力平方差还可写为：
PQ2 − PZ2 = (PQ + PZ )(PQ − PZ ) = (PQ + P Z )∆P
该式说明，如果压力差不变，同时提高起、终压力，也 能增大输气量，此处更进一步说明高压输气比低压输气有利。 因为高压下，气体的密度大，流速低，摩阻损失就小。
第4章 输气管道的水力计算
，
2 2 ( pQ − p Z ) D 5
λZ∆ *TL
C0 =
π
4
⋅
Ra T0 p0
上述公式中常数的数值随各参数所用的单位而定。如果 公式中所有的参数均采用法定单位:
,
T0 = 293K
π
P0 = 101325Pa
m2 Ra = 287.1
2 1
(s • K )
293 C0 = ⋅ 4 1.01325 × 10 5
2 上二式说明输气管道的压力平方p x 和 x 的关系为一直线， 压力 与 Px 的关系为一抛物线。 x
输气管的压力分布和平均压力
输气管的压力分布和平均压力
从上图可以看出，靠近起点压力降落比较慢，距起点越 远，压力降落越快，坡度越陡。在前3/4的管段上，压力损 失约占一半，另一半消耗在后面的1/4管段上，因为随着压 力下降，流速增大，单位长度的摩阻损失也增加。这也说明 高压输气节省能量，经济性好。
前苏联近年使用的公式
2 K e 158 0..2 λ = 0.067( + ) D Re
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
4、输气干线常用的阻力系数 由于输气管几乎都在阻力平方区。各国提出了一些 干线输气管摩阻系数的专用公式： 威莫斯（Weymouth）公式： 0.009407
λ=
3
D
= 0.0847 Re
输气管基本参数对流量的影响
◆ 直径对流量的影响
Q1 = C 0 [
2 2 ( p Q − p Z ) D1 5
Z ∆ * TL
2 2 ( pQ − pZ )D 2
] 0 .5
5
Q2 = C 0[
Z ∆ * TL
] 0 .5
Q1 D1 2..5 =( ) Q2 D2
输气管基本参数对流量的影响
若直径增加一倍， D2 = 2D1 则
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
a Z ∑(si +si−1)li 2L i=1
考虑线路中间各点相对高程对输气能力的影响,也就 是线路纵断面特征对输气能力的影响。因为
1 Z ∑ (si + si −1 )li = F 2 i =1
乃是线路纵断面线与从起点开始所画的水平线之间所 包含面积的代数和。
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
E为输气管输气效率系数。E表示输气管输气能力的变 化：
Qs λL E= = QL λs
设计时在计算公式中加上E值，是为了保证输气管投产 一段时间后，仍然达到设计能力。设计时，美国一般取 E=0.9～0.95。
第4章 输气管道的水力计算
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管道的流量基本公式 地形起伏地区输气管道的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
纵断面线高于水平线的地方，面积取正值，低于水平 线的面积取负值。由公式可以看出，当其它条件相同时， 面积的代数和F比较小的输气管，有较大的输气能力。输气 管1-2-3-4的输气能力小于长度一样、管径一样的输气管1 －5，这不仅是由于s4﹥s5 ，而且是由于F1-5=0，而 F1-2-34﹥0的缘故。
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
常用的输气管流量公式 威莫斯公式： Q = C w D 3 8 (
2 2 pQ − p Z
Z∆ Z∆ *TL
) 0.5
潘汉德尔B式： Q = C p ED 2..53 (
2 2 pQ − p Z
Z∆ *
0.961
TL
) 0..51 ) 0..5
前苏联近期公式： = C aϕED 2..6 ( Q s
287.1 = 0.03848m .s.K 2 .kg −1
第4章 输气管道的水力计算
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管道的流量基本公式 地形起伏地区输气管道的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用管道流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
Q2 = ( 273 + 50 0.5 ) Q1 = 1.59Q1 273 − 70
输气管基本参数对流量的影响
◆ 起、终点压力对流量的影响 输气量与起、始压力的平方差的0.5次方成正比,改变 起、终点压力都能影响流量，但效果是不同的。 起点压力增加，压力平方差为
(P
Q
2 + δ P ) − PZ2 = PQ2 + 2 PQ δ P + δ P − PZ2 2
Q = C0
，
2 2 [ pQ − p Z (1 + as Z )]D 5
a Z λZ∆ *TL[1 + ∑ (s i + si −1 )li ] 2 L i −1
2 2 ( pQ − p Z ) D 5
,
Q = C0
λZ∆ *TL
地形起伏地区输气管道的流量基本公式
as Z
是输气管终点与起点高差对输气管输送能力的影响.终 点比起点位置越高(相对高程越大),则输气能力越低,反之 亦然。
(阻力平方区）
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
一般干线输气管线都在水力粗糙区（阻力平方区）， 不满负荷时在混合摩擦区。城市及居民区的配气管道多 在水力光滑区。
摩擦阻力系数与常用管道流量公式
2、管壁粗糙度 输气管的管壁粗糙度一般比输油管小。对于新管， 美国一般取当量粗糙度＝0.02mm，前苏联平均取0.03mm， 我国通常取0.05mm 。美国气体协会测定了输气管在各种 状况下的绝对粗糙度，其平均值如下:
输气管的压力分布和平均压力
2、平均压力 输气管停止输气时，管内压力并不象输油管那样立刻消 失。而是高压段的气体逐渐流向低压端，起点压力逐渐下降， 终点压力逐渐上升，最后全线达到某一压力值，即平均压力。 这就是输气管的压力平衡现象。根据管内平衡前后质量守恒 可得平均压力：